提高鍋爐給水水質專業(yè)技術方案

1、提高熱電廠鍋爐給水水質的建議及方案一、 鍋爐使用現(xiàn)狀原因分析 ：我廠鍋爐使用至 2009 年以后至今，每年都用超過一個月的時間 大修，頻繁更換了爐膛內(nèi)水冷管束，高、低溫過熱器 ，仍然出現(xiàn)頻 繁炸管。經(jīng)過近三年的慘痛經(jīng)歷總結鍋爐炸管原因主要有三點：一、 前幾年主要是鍋爐給水水質差， 排污力度不夠造成水冷管束， 高、低 溫過熱器、汽包大面積結垢而炸管；二、由于鍋爐給水水質差，排污 量加大，進水量超出蒸汽量 20 噸，為了保證制鹽用汽，使鍋爐處于 一種超負荷狀態(tài)燃燒， 加大燃煤量必然要加大風量， 致使爐膛內(nèi)水冷 管束，高、低溫過熱器段煙氣溫度嚴重偏離制造廠設計值 且操作人員規(guī)范意識不足， 沒有得到有

2、效控制， 而使鍋爐炸管， 這里 其中燃煤粒度、 頻繁變換煤種， 操作工適應性差， 沒有嚴格按照設備 使用要求規(guī)范操作有一定原因；三、鍋爐使用的給水98%是鹽硝冷凝水返回水，電導率控制在65卩s/cm以下，與鍋爐給水使用標準（10卩s/cm）相差太大，導致爐內(nèi)管結垢嚴重而炸管。二 、提高鍋爐給水水質背景及方案 綜合上述所有現(xiàn)象，需加強鍋爐管理，增強規(guī)程規(guī)范意識外， 鍋爐給水水質太差是鍋爐炸管的主要原因，提高鍋爐水質勢在必行。公司 60 萬噸鹽硝聯(lián)產(chǎn)熱電廠化水設計制水量為 60 噸作為鍋爐 補充水使用， 主要依靠鹽硝冷凝水返回水作為鍋爐主給水。 由于公司 經(jīng)過 20 多年的生產(chǎn)，作為工業(yè)用水的地下

3、深井水已經(jīng)嚴重污染，化 學水處理基本處于癱瘓狀態(tài)， 熱電廠鍋爐給水現(xiàn) 98%依靠鹽硝冷凝水 返回水生產(chǎn)。由于種種原因，歷經(jīng)多年鹽硝回水一直未能正常，迫使 我廠再次提出對化學水處理系統(tǒng)進行改造。三 、提高鍋爐給水水質方案提高鍋爐水質目前有兩個方案：一、 使用贛江河水，提高水處理進水品質，延長交換器使用周 期，使熱電廠水處理作為公司鍋爐用水主要來源；二、通過控制鹽硝冷凝水水質電導率 100 a s/cm將鹽硝冷凝 回冷卻在40c以下，在熱電廠增加一套反滲透處理系統(tǒng)，降低鹽硝 冷凝水電導率(10 a s/cm)，使鍋爐水質達到 GB/T12145-1999水汽 標準。提高鍋爐水質首先產(chǎn)生如下經(jīng)濟效益

4、：1 、 現(xiàn)有鍋爐排污率已經(jīng)達到 20%(若水質達標為 24%)。假如鍋爐負荷為115T/H,鍋爐給水流量已達到140 T/H，除去 正常鍋爐排污率 5 噸左右，那么就有近 20 噸的水從除氧器的 104C水加熱到鍋筒壓力 4.1MPa,251.8C的水排掉，初步焓值 計算如下：104C焓H仁435.95 kj/kg4.1MPa,251.8cH2=1094.3kj/kg(H2- H1)*20000=13167000 kj13167000 kj - 4.182=3148493.544kca按現(xiàn)有原煤3500 kca/ kg折算需原煤，鍋爐效率為86%,: 3148493.544 寧3500寧0.

5、86=1046 kg (按省煤器效率，實際需原煤將更大)，按鍋爐運行 7000小時計算，一年需原煤 7000* 1046 =7322噸按現(xiàn)有采購原煤 3500 kca/ kg 每噸 600 元計算，可節(jié)約煤成本 439.3 萬元。2、鍋爐水質達標后，可減少使用阻垢劑費用每月 8 噸，費用 26.4820萬元，按年使用量 80 噸計算，年費 用 264.8 萬元。3、減少酸堿費用，減少排污及污染壓力2011年熱電廠酸堿消耗總量為 1193噸，按 600元/噸計算，費 用總計為 71.5萬元，今年 2 月消耗酸堿達到 191 噸，費用為 11.46 萬元，預計 2012 年酸堿費用將突破 100

6、萬元。另由于酸堿造成的土 地污染、設備腐蝕和腐蝕地下排污溝道帶來的損失不可估計。4、減少鍋爐頻繁炸管、大修的消耗費用2011 年鍋爐大修直接費用總計為 303.2 萬元，且連續(xù)幾年大 修費用都近 300 萬元以上，平常間斷炸管帶來的經(jīng)濟損失難 以計算?？偨Y以上費用， 439.3+264.8+71.5+300=1075.6 萬元，如 果將水處理改造后，鍋爐若按 3 年一次大修，則每年鍋爐修 理費用 100 萬元計算，化水若采用反滲透保留混床每月再生 一次酸堿總計為 6 噸*600 元 /噸 =3600 元，年費用約 4 萬元， 爐內(nèi)采用磷酸三鈉加藥，每月 2 噸*4000 元/噸=8000 元/

7、月， 年費用約 8 萬元，累計鍋爐消耗費用 112萬元，可節(jié)約 963.6萬元。若進行水處理改造，現(xiàn)將以上兩種方案資金投入及運行 費用估算如下：第一種方案： 使用深井水即使投入上百萬元更換樹脂、 改造離子交換 器，最終將回到現(xiàn)在的窘境，若考慮使用贛江河水，可以 離子交換與反滲透除鹽水工藝及經(jīng)濟性能比較丁章勇 1 薛敘明 2（1. 常州新東化工發(fā)展有限公司 江蘇常州 213034； 2. 常州工程職業(yè)技術學院 化學工程技術系 江蘇常州 213164）摘要：從生產(chǎn)工藝、 操作方法和制水成本等方面對離子交換法和反滲透法除鹽水 裝置進行了比較，為新建裝置的工藝選擇提供理論依據(jù)。關鍵詞：離子交換 反滲透

8、 水處理工藝中圖 分 類號 : TU991.2文獻標識碼 : A文章編號 :離子交換法和反滲透法是目前化工生產(chǎn)中經(jīng)常采用的兩種除鹽水制備方法， 常州新東化工發(fā)展有限公司是全國氯堿重點企業(yè)， 是以生產(chǎn)氯堿產(chǎn)品和聚氯乙烯 為主的綜合性化工企業(yè)， 其中離子膜電解、 氯化氫吸收和氯乙烯聚合等生產(chǎn)過程 需要大量使用除鹽水。公司以常州濱江水廠的工業(yè)自來水作為制備除鹽水的原 水，其主要指標如下：電導率350卩s/cm； PH值7.80 ;總硬度130mg/L;鈣30.5mg/L; 硫酸鹽28mg/L,而各生產(chǎn)崗位對除鹽水的指標要求主要有：電導率v 10卩s/cm； 鈣鎂離子含量v 20ppb;氯離子含量v

9、10ppm。為了滿足氯堿和聚氯乙烯生產(chǎn)對 除鹽水的需求，我公司分別于 2003年和2008年新建了兩套100nVh的除鹽水裝 置，兩套裝置分別選用了復床離子交換法和反滲透法， 經(jīng)過一段時間的運行發(fā)現(xiàn)， 兩者在工藝原理、流程組織、操作方法、制水成本等諸多方面存在一定的差異， 下面就根據(jù)我公司兩套裝置的實際運行情況，對兩種方法進行比較。一、工藝原理：1、離子交換法：在膜分離技術廣泛應用之前，離子交換法一直在水處理工業(yè)中占主導地位， 它是采用化學方法， 在原水先后通過陽、 陰離子交換樹脂后， 水中所含的各種離 子與離子交換樹脂進行離子交換反應而被除去， 從而制得符合生產(chǎn)工藝要求的除 鹽水，因此離子交

10、換法又稱為化學除鹽處理。 以001 x 7和201X 7分別作為陽離 子和陰離子交換樹脂的代表， 典型的離子交換反應方程式如下 （水中的陽離子和 陰離子分別以Ca2+、Cl為例）：2+2R-SOH + Ca =（ R-SQ）2Ca + 2HR-NOH + Cl- = R-NCl + OH式中R代表樹脂中的不溶性骨架或固定基團。在經(jīng)過一段時間運行后，離子交換樹脂會達到交換飽和從而失去交換能力， 也就是樹脂完全從酸 （堿）型轉變成了鹽型， 這時就需要用酸堿對失效的樹脂進 行再生，使其恢復交換能力，再生過程如下：（R-SQ）2Ca + 2H+ = 2R-SO3H + Ca2+R-NCl + OH =

11、 R-NOH + Cl-也就是說離子交換過程是一個可逆過程，運行時反應向樹脂的鹽型方向進 行，再生時反應向樹脂的酸（堿）型方向進行。2、反滲透法：反滲透屬于新型膜分離技術的一種， 是自然界滲透現(xiàn)象的逆過程， 它主要是 通過物理方法， 利用半透膜的選擇透過特性， 在進水側加上一個超過水中離子滲 透壓的壓力，使溶劑（水）分子透過半滲透膜，而將大部分溶質（鹽）分子截留 在膜的進水側，從而達到去除水中離子，制備除鹽水的目的。與離子交換相比， 反滲透具有占地面積小、設備簡單、能連續(xù)運行、出水水質穩(wěn)定、操作方便、無 需酸堿再生、廢水排放少等優(yōu)點。二、工藝流程：1 、離子交換法： 離子交換法除鹽水工藝主要包

12、含水質預處理、離子交換和酸堿再生三部分， 其中離子交換是整個工藝的核心， 綜合考慮原水水質和產(chǎn)水指標要求等因素， 我 們采用了常用的弱酸 +強酸+弱堿 +強堿的工藝流程，離子交換器中分別裝填D113 001 X 7、D301、201 X 7四種離子交換樹脂；為了除去水中的懸浮物和余 氯，在離子交換之前設置了活性炭過濾器； 因為陽床和陰床的再生周期并不相同， 所以在陽床和陰床中間設有中間水箱， 陽床出水在進入中間水箱之前先經(jīng)過一個 鼓風式脫碳塔，這樣可以基本除去水中的 HCO，從而免去了 0H型強堿性陰離子 交換樹脂用于交換HCO而消耗的交換容量。我公司離子交換除鹽水裝置的簡易 流程如下：原水池

13、一-原水泵一-活性炭過濾器一-弱酸陽離子交換器一-強酸陽離子交換器一t脫碳塔一-中間水箱一-中間水泵一-弱堿陰離子交換器一-強堿陰離子交換器一-除鹽水箱除鹽水泵用水崗位2 、反滲透法：反滲透法除鹽水工藝主要包括水質預處理、 膜分離和助劑添加三部分， 其中 膜分離是整個工藝的核心， 綜合考慮原水水質和產(chǎn)水指標要求等因素， 我們選用 了美國DOV公司BW30-400聚酰胺復合膜，該反滲透膜的脫鹽率高，單膜脫鹽率 可達99.5%，且產(chǎn)水量大，性能穩(wěn)定，使用 PH值范圍廣（可達211），便于化 學清洗處理。 同時為了響應國家關于節(jié)能減排、 循環(huán)利用水資源的號召， 并結合 企業(yè)自身實際，我們在工藝設計時

14、增加了一只 150m3的水池，收集膜分離中的濃 水，用于對多介質過濾器和活性炭過濾器進行反洗， 多余的濃水則通過濃水池上 部的溢流口回到原水池循環(huán)利用； 并且將過濾器反洗排水和反滲透膜沖洗排水回 到消防水池， 作為消防水使用， 基本上做到了廢水零排放。 我公司反滲透除鹽水 裝置的簡易流程如下：原水池一-原水泵一-多介質過濾器一-活性炭過濾器一-精密過濾器一-反滲透機組一-濃水一-濃水池一-反洗多介質 /活性炭過濾器一-消防水池IJJ原水池除鹽水一-除鹽水箱一-除鹽水泵一-用水崗位三、日常操作注意事項：1 、離子交換法：離子交換裝置的日常操作主要有如下幾個方面： 活性炭過濾器的反洗：當活性炭過濾

15、器進出水壓差超過0.05MPa時，需要進 行反 洗，這一過程的主要注意點是反洗流量的控制，流量過小達 不到反洗效果，過大則會導致活性炭隨反洗水一同排出，我們一般將反 洗流量控制在 300m3/h 左右。 離子交換樹脂的再生：離子交換是整個工藝的核心，因此樹脂的再生也就顯得非常重要， 首先應該嚴格控制樹脂再生前反洗松動的流量和時間， 既要充分松動樹脂，以防再生時發(fā)生偏流，又不能使樹脂被反洗水帶走， 一般以 50m3/h 左右的流量反洗約 10分鐘；其次再生酸堿用量和進液速度 也應該嚴格控制，只要讓失效的樹脂充分再生即可，如果用量過多則會 增加置換和正洗的用水量和時間，我們一般控制再生液流量為12

16、m3/h 左右，進酸（堿）和置換總時間約 3 小時。 離子交換出水水質的檢測：我們一般在陰床出口安裝在線電導儀，但陽 床出水鈉離子含量及陰床出水的硅根含量等指標需要進行人工檢測，這 就要求操作人員及時準確檢測，以便準確判斷樹脂失效。2、反滲透法 由于在膜處理單元實現(xiàn)了自動操作，并且無需進行酸（堿）再生，因此與離 子交換相比，反滲透的日常操作較為簡單，主要有以下幾點： 多介質過濾器和活性炭過濾器的反洗：當過濾器進出水壓差超過0.06MPa 時需要進行反洗， 與離子交換法相同， 這一過程的主要注意 點是反洗流量的控制，我們一般將反洗流量控制在 200m3/h 左右。 由于反滲透膜對進水水質要求較高

17、， 因此操作人員及時準確的填寫操作 記錄，特別要注意精密過濾器的進出水壓差，以便及時更換濾芯，防止雜質 透過精密過濾器進入膜處理單元，導致膜的損壞。 由于反滲透主要采用物理方法，在膜的進水側增加了較高的壓力（一般為1.21.5MP0）,為防止高壓損壞膜元件，必須保證在高壓泵啟動時出水側 保持通暢，通常的做法是不在出口管路上安裝閥門， 如果確有必要安裝閥門， 就要求操作人員在啟動高壓泵前仔細檢查，確保閥門處于開的狀態(tài)。 助劑的添加：為了保證系統(tǒng)的正常運行，需要在進入裝置的原水中添加絮凝劑、還原劑、阻垢劑等助劑，這就要求操作人員按照操作規(guī)程所規(guī)定的 濃度及時配制各種助劑?？偟膩碚f， 在日常操作和維

18、護上， 反滲透法比離子交換法工作量要小， 但是 反滲透對進水水質的要求比離子交換高， 因此對操作人員的技術水平提出了較高 的要求。四、單位制水成本： 除鹽水裝置的制水成本主要包括設備折舊費、工業(yè)水消耗、再生酸堿消耗、 廢水處理費用、日常維修費用、操作人員工資等。下面以100m3/h 裝置年運行時間 8000 小時為基準計算兩者的單位制水成本，其中涉及的相關數(shù)據(jù)均從我公司 裝置實際運行中獲得。1、離子交換法： 工業(yè)水消耗費用 X1 ： 100m3/h裝置年運行8000小時，可制得除鹽水為 Qi = 800000噸，理論上消 耗工業(yè)水為 Q1 = 800000噸； 活性炭過濾器每年反洗約80次，每

19、次反洗15分鐘，反洗流量300nn/h，正 洗80次，每次正洗20分鐘，正洗流量150m/h,由此可知全年活性炭反洗和正 洗共消耗工業(yè)水總量為：Q2 = 80X( 15X 300+20X 150)十 60 = 10000 噸； 陽床和陰床每年再生約 180次，再生前需要反洗松動樹脂， 其中弱床每次再 生前均要反洗， 強床每再生 3 次反洗一次， 每次反洗 10 分鐘，反洗流量 150m3/h， 由此可知全年陰陽床反洗共消耗工業(yè)水總量為：Q3 = (180+ 180-3)X 2X 150X 10十60 = 12000 噸； 樹脂再生流量12nVh,每次再生時進酸(堿)和置換時間共 3小時，由此可

20、 知全年交換器再生消耗的除鹽水總量為：Q4 = 12X3X2X180 = 12960 噸；Q5 樹脂再生后需要正洗至出水水質達標方可投入使用， 陽床每次正洗時間 1.5 小時，陰床每次正洗時間2小時，正洗流量100 nVh,由此可知全年交換器正洗 共消耗工業(yè)水總量為：1.5+2)X 100X 180 = 63000 噸； 根據(jù)以上計算可知，每年運行 8000 小時，可以外供的除鹽水總量和消耗的 工業(yè)水總量分別為：Q6 = Q1 Q4 = 80000012960 = 787040 噸，Q7 = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 = 800000 +10000 +12000 +63000 = 8

21、85000 噸； 我公司使用的工業(yè)水單價為 1.15 元 / 噸，因此全年所消耗的工業(yè)水總費用 為：Xi = 885000 X 1.15 = 1017750 元。 再生酸堿消耗費用 X2 ： 陽床再生每次需要用精制鹽酸 3 噸，酸單價為 500元/ 噸，可知全年再生用酸總價為： 3X 180X 500 = 270000 元； 陰床再生每次需要用 32%離子膜堿 2.5 噸，堿單價為 450 元/ 噸，可知全年再生用堿總價為： 2.5X180X450 = 202500 元； 全年消耗的酸堿總價為X2 = 270000 + 202500 = 472500 元。 廢水處理費用 X3 ：在離子交換水處

22、理中， 活性炭正反洗排水、 樹脂反洗排水可以作為消防水使 用，但是再生液和樹脂正洗排水因為帶有酸堿性， 需要作為廢水排放， 每年需要 排放的廢水總量為：Q = Q3 + Q4 + Q5+ Q 酸堿=12960 + 63000 + (3 + 2.5)X 180 = 76950 噸排放的廢水經(jīng)過公司污水處理裝置進行簡單處理后， 送到化工園區(qū)污水處理 廠進行集中處理，總的處理單價約為 8 元/ 噸，則全年的廢水處理費用為：X3 = 76950 X8 = 615600 元。 設備及填料的折舊費用 X4 ： 離子交換再生周期短、 再生耗時長， 因此在實際生產(chǎn)中一般采用一用一備的 運行方式，我公司離子交換

23、裝置的設備投資約 85 萬元(含管道、閥門、泵機及 活性炭過濾器和離子交換器的石英砂墊層，不含活性炭和樹脂。 )，一般可按照 10 年折舊，那么每年的費用為 85000 元； 水質預處理中設有三只活性炭過濾器，其中裝填有優(yōu)質果殼活性炭共約 55噸，活性炭單價為 8000元/噸，一般 2 年需要更換一次， 因此每年的活性炭折舊 費用為：55X 8000十 2 = 22000 元； 兩套離子交換器中裝填的四種樹脂價格分別為：001 X 7: 7 噸 X 6500 元/ 噸=45500 元D113: 20 噸 X 16000 元/ 噸=320000 元201 X 7: 13 噸 X 16000 =

24、208000 元D301： 17X24500 = 416500 元總價為 45500 + 320000 + 208000 + 416500 = 990000 元一般樹脂按照5年折舊，則每年的折舊費用為 990000-5 = 198000元； 每年的折舊總費用為:X4 = 85000 + 22000 + 198000 = 305000元； 動力消耗費用 X5:離子交換裝置中的各臺泵機的動力消耗分別為: 原水泵：881667噸十100噸/小時X 22KW 193967KWh 中間水泵：8000小時X 22 KW = 176000KWh 再生水泵：12960噸十12噸/小時X 5.5KW = 594

25、0KWh 脫碳風機：8000小時X 5.5 KW = 44000KWh 常州的動力電價格為0.645元/ KWh,由此可知每年的動力消耗總費用為：X5 =(193967 + 176000 + 5940 + 44000 ) X 0.645 270840 元； 日常維修費用X6：包括檢修材料費和人工費，一般可以按每年10萬元計算； 操作工人工資X7：該裝置額定操作人員6人，按照年工資支出4萬元/人計 算，總的工資支出為： X7 = 6 X4 = 24 萬元； 制水總成本為： X = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X7 = 3021690 元， 單位除鹽水制水成本為：X

26、 - Qs = 3021690- 7870403.84元/噸。2、反滲透法： 工業(yè)水消耗費用 X1： 反滲透裝置的產(chǎn)水率為 75%，因此 100m3/h 裝置年運行 8000小時，可制得除 鹽水為Q1 = 800000噸，理論上消耗的工業(yè)水為 Q2= 800000- 75%1066667噸, 產(chǎn)濃水 Q3 = 266667噸； 多介質過濾器和活性炭過濾器每年反洗約 320 次，每次約 1 小時，反洗流量200 m3/h,由此可知全年過濾器反洗共消耗濃水總量和回用的濃水量分別為：Q4= 320X 1 X 200 = 64000 噸；Q5= Q3Q4=266667 64000 = 202667 噸

27、； 多介質過濾器和活性炭過濾器每年正洗約 320 次,每次約 40 分鐘,反洗流量100 m3/h,由此可知全年過濾器正洗共消耗濃水總量為：Q6= 320X 40- 60X 100 = 21333 噸； 反滲透膜每年沖洗1000次，每次10分鐘，流量100 m/h,則全年膜沖洗共 消耗 RO 除鹽水總量為：Q7= 1000X 10 十 60 X 100 = 16667 噸； 根據(jù)以上計算可知，每年運行 8000 小時，可以外供的除鹽水總量和消耗的 工業(yè)水總量分別為：Q8 = Q1 Q7 = 80000016667 = 783333 噸，Q9 = Q2 + Q6 Q5 = 1066667+ 21

28、333 202667 = 885333 噸； 我公司使用的工業(yè)水單價為 1.15 元/噸，因此全年所消耗的工業(yè)水總費用 為：X = 885333 X 1.15 1018133 元。 藥劑費用 X2 ： 絮凝劑加入量1ppm,即1g/t，單價為33元/kg，因此每年的絮凝劑總費用為：1g/t X 1066667t X 33 元/kg - 1000 = 35200 元； 還原劑加入量3ppm即3g/t，單價為2.5元/kg，因此每年的還原劑總費用為：3g/t X 1066667t X 2.5 元/kg - 1000 = 8000 元； 阻垢劑加入量3ppm即3g/t，單價為55元/kg，因此每年的阻垢劑總費用為：3g/t X 1066667t X 55 元/kg - 1000 = 176000 元； 全年所加藥劑總費用為： X2 = 35200 + 8000 + 176000 = 219200 元； 設備及填料的折舊費用 X3： 反滲透裝置采用的是物理方法， 無需進行再生， 因此一般不設備用裝置， 我 公司反滲透裝置的設備投資約 120萬元（含管道、閥門、泵機及活